Аксиально-поршневая гидромашина

 

Изобретение м.б.использовано в полнопоточных гидропередачах энергонасыщенных мобильных машин. Цель изобретения - повышение КПД и надежности гидромашины. В корпусе 1 на подшипниках 2 скольжения установлен вал 3. В ступенчатые цилиндрические отверстия 5 блока цилиндров 4 вставлены гильзы 6 и поршни (П) 7, опирающиеся с помощью гидростатических башмаков 8 на наклонный диск 9 Гильзы 6 выполнены в виде двух втулок 12, 13 (внутренней сплошной и наружной упругопористой, выполненной из тонкостенных профилированных трубок ) . Трубки расположены соосно с образованием продольных микрощелей. Втулка 12 снабжена радиальными канн-

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 1 Р 04 В 1/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4150030/25-06 (22) 20.11.86 (46) 23.11.88.Бюл. У 43 (71) Белорусский политехнический институт (72) А.Б.Марковский, О.П.Лапотко, О.М.Бабаев и Л.Н.Игнатов (53) 621.651 (088.8) (56) Патент США 11- 3142262, кл. 92-12.2, 1964. (54) АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВАЯ ГИДРОМАШИНА (57) Изобретение м.б.использовано в полнопоточных гидропередачах энергонасыщенных мобильных машин. Цель изобретения — повьппение КПД и надежности гидромашины. В корпусе I íà подшипниках 2 скольжения установлен вал 3. В ступенчатые цилиндрические отверстия 5 блока цилиндров 4 вставлены гильзы 6 и поршни (П) 7, опирающиеся с помощью гндростатических башмаков 8 на наклонный диск 9; Гильзы 6 выполнены в виде двух втулок

12, 13 (внутренней сплошной и наружной упругопористой, выполненной из тонкостенных профилированных трубок). Трубки расположены соосно с образованием продольных микрощелей.

Втулка 12 снабжена радиальными кана1439273 I0 лами, выполненными в центральной

Ф части для сообщения микрощелей с.зазором между П 7 и гильзой 6. Втулка 12

I снабжена зубцами для взаимодействия с пазами на тбрцовой поверхности трубок . П 7 имеют разжимную юбку, снабженную пробкой с упругим элементом, установленную по конусной поверхности юбки. Для разделения внутреннего объема П 7 на полости высокого и низкого давления на полости высокого давления полость высокого давления соединена с зазором, образованным между П 7 и отверстием 5 чеИзобретейие относится к гидромашиностроению, в частности к аксиально-, поршневым насосам или гидромоторам с наклонным диском, применяемым в полнопоточных гидропередачах энергонасыщенных мобильных мапп4н, а также тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин.

Цель изобретения - повышение КПД и надежности гидромашины.

На фиг.l приведена гидромашина, продольный разрез; на фиг.2 — поршень, с гильзой в ступенчатом цилиндрическом отверстии; на фиг.3 - узел 1 на

Фиг.2; на Фиг.4 — поршень и гильза, поперечный разрез; на фиг.5 - эпюра удельного давления с максимумами противоположных знаков, расположенных на начальном участке поршня и выходе поршня из втулки; на фиг.б — деформация юбки поршня с уменьшением первоначального зазора до минимума; на фиг.7 — изменение зазора между 25 поршнем и стенкой цилиндрического отверстия, возникающее вследствие податливости втулки; на Фиг.8 — эпюра гидростатического давления при сужающемся верхнем зазоре и расширяю- 30 щимся нижнем; на фиг,9 - разрез А-А на фиг.8; на фиг.l0 — эпюра .гидростатического давления при деформации втулки; на фиг.ll - эпюра гидростатического давления при циркуляции тангенциальной силы, формирующей изгибающий момент.

1 рез радиальные каналы, выполненные в П 7 со стороны крышки. На цилиндрической поверхности П 7 равномерно расположены продольные пазы, длина которых равна диаметру П 7 . Отверстия

5 снабжены конусной проточкой, глубина к-рой соизмерима с зазором между

П 7 и гильзой 6. В результате гидростатического уравновешивания удельФ ного давления в контакте поверхностей П-цилиндр, П-В 12 возможно снижение сил трения, а также умень" шение износа в указанных парах тре-. ,ния. 3 з.п. Ф-лы, 11 ил.

В корпусе 1 гидромашины на под= шипниках 2 скольжения установлен вал 3 с блоком цилиндров 4. В ступенчатые цилиндрические отверстия 5 блока цилиндров 4 вставлены гильзы б и поршни 7 с гидростатическими башмаками 8, контактирующими с наклонным диском 9. Гидростатические башмаки 8 фиксируются в осевом направлении относительно наклонного диска 9 с помощью сепаратора 10 и конусной втулки 11. Гильзы 6 состоят из двух втулок: внутренней сплошной 12 и наружной упругопористой 13, выполненной из тонкостенных профилированных трубок 14, установленных с образованием продольных герметичных микрощелей 15; которые фиксируются зубцами 16 внутренней втулки 12, входящими в поперечные пазы 17 трубок 14.

В центральной части 18 внутренних втулок 12 имеются радиальные каналы 19, сообщающие зазор 8, между поршнем 7 и внутренней втулкой 12 с микрощелями 15. Поршни 7 содержат разжимную юбку 20, в которую вставлена коническая пробка 21, выполнен-, ная за одно целое с упругим элементом 22. Она удерживается с помощью крьппки 23 со стержнем 24, установленным в поршне 7, с образованием между крышкой 23 и пробкой 21 полос- i ти высокого давления.

Полость 26 низкого давления между упругим элементом 22 пробки 21 и поршнем 7 соединена с дренажной

40

45!

55 з

143 полостью 27 гидромашины через продольные пазы 28 стержня 24 и канал

29. Пробка 21 разделяет полости высокого давления 25 и низкого давления 26, Герметичность обеспечивается микрорельефом (не показан), выполненным на конической поверхности 30 пробки 21 и благодаря наличию на цилиндрической поверхности 31 проб ки 21 канавок 32, образующих лабиринтно-щелевое уплотнение. Полость .

25 высокого давления соединяется с поршневым зазором E, образованным между юбкой 20 поршня 7 и цилиндри. ческим отверстием 5, через радиальные каналы 33, выполненные со стороны крышки 23, кольцевую канавку 34 и пазы 35 на пробке 21, причем каналы 33.расположены в непосредственной близости от крышки 23. Стержень 24 содержит центральный канал 36 для подвода высокого давления к сферической головке 37 гидростатического баш.мака 8. Юбка 20 контактирует с крьпп= кой 23 с минимальным зазором и обеспечивающим свободу радиального, перемещения юбки 20, На поршне 7 равномерно расположены продольные пазы 38, длина которых равна диаметру поршня 7.Пазы 38 соединяют цилиндрические отверстия 5 с поршневым зазором 8 . Цилиндрические отверстия 5 снабжены конусной проточкой 39, глубина которой соизмерима зазору о, между. поршнем 7 и гильзой 6, В процессе работы гидромашины осевая сила Р, образующаяся при этом .на поршнях 7 от взаимодействия башмаков 8 с наклонным диском 9, раскладывается на нормальную Ы, направленную перпендикулярно к поверхности последаего> и тангенциальную Т, перпендикулярную к оси 40 поршня 7. Тангенци-- " альная сила Т образует изгибающий момент М =. TL, где L — плечо приложения силы Т от центра 41 сферической го ловки 37 до точки приложения равнодействующей эпюры опорной реакции на гильзе 6, L — - величина переменная, в течение половины оборота блока цилиндров 4 она изменяется от Е „д до

L Nñ °

В течение полного оборота блока цилиндров 4 вектор танценциальной силы Т .имеет переменный модуль от Т =

0 до Т = +Т„„,и совершает полную циркуляцию вокруг оси 40 поршня 7.

9273

Аналогично изменяющийся М„ на поршне 7 воспринимается контактирующими поверхностями цилиндрического отверстия 5, гильзы 6 и самого поршня 7.

Удельное давление Р в зоне контакта этих поверхностей также совершает циркуляцию синхронно с циркуля-цией М,, В,конструкции гидромашины удельное давление Р частично уран" новешивается гидростатической эпюрой давления, существующей в поршневом зазоре 3z sa счет утечек через него рабочей жидкости, находящейся под высоким давлением в цилиндрическом отверстии 5 и изменяющейся синхронно М>. Изменение гидростатической эпюры давления синхронно,Ми происходит в результате соответствующих деформаций поршня 7 и гильзы 6. Высокое давление Р передается через радиаль ные каналы 33. канавку 34 и пазы 35 в в полость 25. — Под действием этого давления пробка 21, преодолевая уси-. лие упругого. элемента 22, перемещается вправо, деформируя через коническую поверхность 30 юбку 20 поршня 7.

При деформации юбки 20 поршневой зазор 8 уменьшается. Между взаимно изолированными полостями высокого давЛения 25 и дренажной 27 имеются утечки только по щелевому уплотнению, образованному прецезионными цилиндрическими поверхностями пробки 21 и стержня 24. Коническая пробка 21,„

:работающая как кольцевой поршень, выполняет функцию гидромеханического усилителя.

При деформации юбки 20 поршень 7 центрируется относительно цилиндрического отверстия 5. Под воздействием тангенциальной силы Т, направленной, например, вверх, зазор h< в верхнем положении уменьшается, а в нижнем увеличивается. Утечки рабочей жидкости из цилиндрического отверстия 5 происходят преимущественно че рез продольные пазы 28, которые в верхнем положении оказываются запертыми в связи с плотным прилеганием пор поршня 7 к цилиндрическому отверстию

5, а в нижнем сообщаются с зазором поэтому площадь эпюры давления в нижнем положении зазора E превьппает площадь эпюры в верхнем положении, Одночременно с появлением эксцентри-. ситета поршня 7 в цилиндрическом отверстии 5 под действием силы Т имеет место его перекос и относительно

439273 6

5 1 втулки 12, при котором зазор 8, приобретает конусность с сужением в верхней части и с расширением в нижней. Тогда эпюра давления утечек в верхней части становится выпуклой а в нижней — вогнутой, Рабочая жидкость под высоким дав лением проникает через радиальные каналы .19 между втулками 12 и 13.

3mopa в этом случае характеризуется неравномерностью по причине эксцентричного положения поршня 7, которое сохраняется практически на всех режимах работы насоса, и благодаря профилированным трубкам 14 и утечкам рабочей жидкости иэ микрощелей 15. Наличие в гильзах 6 блока цилиндров 4 упруго-пористой втулки 13, выполненной многослойной из тонкостенных трубок 14 с продольными микрощелями 15, обеспечивает свободу в радиальном направлении упругой деформации внутренней втулки 12. Эта деформация усиливает перераспределение эпюры давления в зазоре 0, между поршнем 7 и внутренней втулкой 12.

При этом снижаются азимутальные пере течки из участков эпюр с более высоким давлением в участки с низким давлением, а следовательно, способствует уменьшению объемных потерь в поршневых парах. Благодаря усилению эффекта перераспределения эпюры давления в зазоре 3<, увеличивается степень гидростатической разгрузки и как результат, снижается удельное давление и износ в поршневых, парах, что благоприятно влияет на надежность насоса или гидромотора.

Радиальные каналы 19 во внутренней втулке 12, сообщающие зазор й, с продольными микрощелями 15 между внутренней 12 и наружной 13 втулками, обеспечивают следящий режим поджима поверхности внутренней 12 втулки к поршню 7 вдоль ее образующих.

Так как при некотором минимально допустимом зазоре й, в этих местах мин радиальные отверстия перекрываются поршнем, то происходит соответствующее уменьшение наружного давления на внутреннюю втулку, что уменьшает силу трения в поршневой паре, а следовательно, повышает механический

КПД и исключает защемление поршней в гильзах, что благоприятно влияет на надежность. Наличие в разжимной юбке

20 поршней 7, опирающейся на упругий

1

45 элемент 22 пробки 21, взаимодействующей с юбкой 20 по конической поверхности 30 и разделяющей внутренний объем поршня 7 на полости высокого давления 25 и дренажную 27, позволяет осуществить центрирование в цилиндрических отверстиях 5 начального участка поршней 7. Прй таком центрировании перекос поршня 7 в цилиндрическом отверстии 5 приводит к благоприятному перераспределению эпюры давления в поршневом зазоре g c расположением максимума ее площади в в зоне опорной реакции цилиндрического отверстия на поршень 7. Разжим юбки 20 с помощью упругого элемента

22, воздействующего на нее через самотормозящую коническую поверхность 30, исключает деформацию юбки 20 от опорной реакции цилиндрического отверстия 5 на начальном участке 42 поршня 7.

Поэтому предлагаемое конструктивное решение способствует повьппению КПД эа счет снижения удельного давления и силы трения и повьппению надежности, так как предотвращает износ поршневых пар. Соединение полости 25 высокого давления во внутреннем объеме поршня 7 с IIopIllHBBbIM зазором Е через радиальные каналы

19 в юбке 20 поршня 7 позволяет осуществить более качественное центрирование начального участка 42 поршня

7 в цилиндрическом отверстии 5, так как указанные каналы 19 с учетом их расположения выполняют функцию обратной связи в системе автоматического регулирования поршневого зазора 8 .

Автоматическое регулирование в данном случае предотвращает как заклинивание поршня 7, что устраняется в виду снижения давления в полости 25 при перекрытии радиальных каналов 19 поверхностью цилиндрического отверстия 5, так и его увеличение, при котором эксцентриситет поршня 7 на участке 42 снижает эффективность от рассмотренного перераспределения эпюры давления в поршневом зазоре

3, что устраняется при повьппении давления в полости 25. Поэтому автоматическое поддержание оптимальной величины поршневого зазора и на участке 42 с помощью указанных отверстий также позволяет повысить КПД за счет уменьшения сил трения и надежность, так как предотвращается

7 143/ заклинивание поршня 7 в цилиндричес ком отверстии 5.

Наличие на цилиндрической поверхности поршней 7 равномерно расположенных пазов 28, соединяющих цилинд5 рическое отверстие 5 с поршневым зазором о способствует при перекосах поршней 7 благоприятному перераспределению давления в зазоре 8@, при ко- б тором возникает равнодействующая от разности площадей эпюр давления рабочей жидкости, направленная противоположно эпюре удельного давления от реакции цилиндрического отверстия 5 на начальном участке 42 порш— ня 7. Пазы 28 необходимы также для направления под высоким давлением утечек из цилиндрического отверстия

5 через поршневой зазор о к зазо- 2О ру 3, в котором происходит частичное уравновешивание удельного давления в контакте между поршнем 7 и внутренней втулкой 12.

В результате гидростатического уравновешивания удельного давления в контакте поверхностей поршень-цилиндр, поршень-внутренняя втулка возможно снижение сил трения и тем самым повышение КПД, а также достига- 30 ется более высокая надежность, благодаря уменьшению износа при более низком удельном давлении в укаэанных парах трения.

Формула изобретения

1. Аксиально-поршневая гидромашина, содержащая установленные в корпусе вал, вращающийся блок цилиндров со 4р ступенчатыми цилиндрическими отверстиями под гильзы и поршни, опирающиеся с помощью гидростатических башма273 6 ков на наклонный диск и снабженные разжимной юбкой с герметичным внутренним объемом, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения надежности и КПД, гильза выполнена в виде двух втулок, наружной, состоящей из многослойных гофрированных трубок, расположенных соосно с образованием продольных микрощелей, и внутренней, снабженной радиальными, каналами, выполненными в центральной части для сообщения микрощелей с зазором, образованным между поршнем и гильзой, причем на торцовой поверхности трубок выполнены пазы, а внутренняя втулка снабжена зубцами для взаимодействия с пазами.

2. Гидромашина по п.1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что разжимная юбка поршней снабжена пробкой с упругим элементом, установленной по конусной поверхности юбки, для разделения внутреннего объема поршня на полости высокого и низкого давления, причем полость высокого давления соединена с зазором, образованным между поршнем и цилиндрическим от верстием через радиальные каналы, выполненные в поршне со стороны крышки.

3. Гидромашина по п.1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что на цилиндрической поверхности поршней равномерно расположены продольные пазы, длина которых равна диаметру поршня.

4. Гидромашина по и ° 1, о т л и— ч а.ю щ а я с я тем, что цилиндрические отверстия блока цилиндров снабжены конусной проточкой, глубина которой соизмерима с заэором,между поршйем и гильзой.

1439273

143921

1439273

1439273

Фиа11

Составитель Н.Костина

Редактор М,Бланар Техред Л.Олийнык Корректор М Д1ароши

1 ,Заказ 6052/32

Тираж 574 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

4 !